Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В последнее время мы все чаще задумываемся о снабжении городов водой не только из рек, озер, водохранилищ, артезианских родников, ведь зачастую такая вода подается в города из отдаленных участков водозабора с помощью насосных станций, таким отдаленным участком и является канал Северский Донец – Донбасс. Протяженность данного канала составляет 133,4 км. Какова вероятность что на этом участке возможна аварийная ситуация которую невозможно будет ликвидировать в течение продолжительного времени. Как же быть, как не остаться и вовсе без воды. А ведь возможны и другие нестандартные варианты водоснабжения.

Таким способом может являться добыча воды из скважин непосредственно вблизи жилого здания, или промышленного производства. Неужели без добычи воды из недр земли никуда не деться? Возможен вариант снабжения водой с помощью установки по снижению влажности, снижается влажность при помощи конденсации воды и сбора конденсата в емкость для дальнейшей перекачки и применения жидкости. Преимуществом такого типа снабжения является получение технической воды с низкими показателями жесткости, тем самым упрощается водоподготовка, чем при использовании воды из скважин. Необходимо провести исследования возможно ли добиться нужного объема конденсата для обеспечения норм потребления воды человеком.

1. Исследование параметров микроклимата

Микроклимат – это метеорологические условия внутренней среды в помещениях, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения.

Показателями, характеризующими микроклимат, являются:

Температура воздуха T, °С (°К), - физическая величина, прямо пропорциональная средней кинетической энергии теплового движения частиц.

Скорость движения воздуха V, м/с – вектор усредненной скорости перемещения воздушных потоков под действием различных побуждающих сил.

Тепловое излучение (то же самое температурное, инфракрасное излучение, тепловая радиация) – электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии.

Основной характеристикой является интенсивность теплового излучения. Интенсивность теплового излучения I, Вт/м2, – полный поток энергии излучения, проходящий за единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению излучения.

К параметрам метеоусловий также следует отнести атмосферное (барометрическое) давление, которое представляет собой давление в газовой оболочке, окружающей землю. Атмосферное давление 1 атм = 1,0332 кг/см2 = 101,325 кПа = 760 мм. рт. ст. = 10332 мм. вод. ст.

Влажность воздуха может быть абсолютной, максимальной и относительной. Абсолютная влажность A, г/м3, - масса водяного пара, находящегося в единице объема воздуха.

Влажность воздуха — это показатель содержания водяного пара в воздухе. Влажность домашнего воздуха меняется в зависимости от погодных условий и процессов жизнедеятельности людей. Влажность воздуха может быть абсолютной, максимальной и относительной. Абсолютная влажность A, г/м3, - масса водяного пара, находящегося в единице объема воздуха.

Максимальная влажность F, г/м3, - максимально возможная (насыщающая) масса водяного пара, находящаяся в единице объема воздуха при данной температуре (температуре сухого термометра). Относительная влажность φ, %, - отношение абсолютной влажности воздуха к максимальной.

Для человека величина влажности является очень важным параметром окружающей среды, т. к. наш организм очень активно реагирует на ее изменения. Например, такой механизм регуляции функционирования организма, как потоотделение, напрямую связан с температурой и влажностью окружающей среды. При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции. При низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.

Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технологических процессов. Например, из-за известного свойства воды проводить электрический ток, ее содержание в воздухе может серьезно влиять на корректную работу большинства электроприборов. Так же слишком влажный воздух может испортить мебель и отделочные материалы, поспособствовать развитию грибка на стенах и снижению иммунитета у человека.

Понижение влажности в помещении может произойти из-за чрезмерного использования обогревательных приборов или кондиционера. Приготовление еды без вытяжки или качественной вентиляции, сушка белья в доме, повышенная влажность на улице приводят к высокому уровню влажности в квартире.

Сухой воздух в помещении способен вызвать усыхание мебели и отделочных материалов, увядание растений, сухость кожи и слизистых оболочек. Нередко сухой воздух приводит к аллергическим реакциям и развитию простудных заболеваний.

Как не допустить повышения или понижения относительной влажности воздуха и как определить ту самую влажность воздуха? Без специальной аппаратуры определить относительный точный уровень влажности воздуха сложно. Однако не соответствующую норме концентрацию влаги можно определить по сухости кожи и слизистых или скоплению конденсата (точка росы) на окнах и зеркальных поверхностях. Сегодня существуют специальные приборы, с помощью которых можно определить баланс влажности воздуха в помещении с высокой точностью.

2. Приборы для измерения влажности воздуха

Прибор для измерения влажности воздуха называется гигрометр. Гигрометр — это прибор, который измеряет влажность воздуха в помещении. Если процент содержания влаги в воздухе слишком низкий, в организм могут попасть различные вирусы, которые могут значительно ослабить иммунитет. Благодаря гигрометру можно избежать дискомфорта и защитить слизистые и кожу от пересыхания.

Принцип работы этого прибора основан на физических характеристиках материалов, из которых он состоит. Материалы в зависимости от уровня влаги в воздухе меняют свойства: вес, плотность, длину и другие.

Гигрометр бывает нескольких видов:

Действие волосного гигрометра (рисунок 1) основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос слегка натянут на упругую металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся по шкале, проградуированной в единицах относительной влажности.

Волосяной гигрометр

Рисунок 1 – Волосяной гигрометр

Основной частью прибора является обезжиренный человеческий волос 1. Действие гигрометра основано на свойстве такого волоса изменять свою длину в зависимости от величины относительной влажности воздуха.

Волос закрепляется на рамке со шкалой 2. В верхней части он неподвижно закреплен на регуляторе с гайкой 3. Регулятор служит для перевода стрелки 4, когда поправки к гигрометру становятся слишком большими (т.е. прибор показывает влажность больше, чем в действительности). В нижней части, волос крепится на кулачке 5. Кулачок, в свою очередь, крепится на стержне 6, на одном конце которого грузик 7, а на другом крепится стрелка. Грузик держит волос в постоянном натяжении.

При увеличении влажности, волос удлиняется, а при уменьшении - укорачивается. Эти изменения передаются стрелке, которая останавливается на делениях шкалы соответствующих влажности воздуха. Стоит заметить, что деления на шкале расположены неравномерно. При низких значениях влажности, расстояние между делениями больше, чем при высоких значениях. Это означает, что при низкой влажности длина волоса изменяется сильнее, чем при высокой.

Плёночный гигрометр (рисунок 2) имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора — психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.

Пленочный гигрометр

Рисунок 2 – Пленочный гигрометр

В электролитическом гигрометре (рисунок 3) пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопическим слоем электролита — хлористого лития — со связующим материалом. При изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита, следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра — зависимость показаний от температуры.

Схема электролитического гигрометра с подогревным датчиком

1 – трубка; 2 – стеклянная вата; 3 – спирали; 4 – термометр сопротивления; 5 – измерительный прибор

Рисунок 3 - Схема электролитического гигрометра с подогревным датчиком

В электролитическом гигрометре в качестве влаго-чувствительного элемента используется хлористый литий. Насыщенный раствор хлористого лития нагревается до температуры, при которой парциальное давление водяного пара над раствором равно парциальному давлению паров в окружающей атмосфере. Следовательно, по принципу действия электролитические гигрометры с подогревным преобразователем аналогичны гигрометрам точки росы, но обладают тем преимуществом, что нагреть преобразователь значительно легче и проще, чем охладить зеркало в приборах точки росы.

В некоторых электролитических гигрометрах чувствительная к влаге поверхность представляет собой нить из стекловолокна, намотанную в виде спирали с небольшим шагом вокруг параллельно расположенных платинированных проволок. Для любых значений относительной влажности и температуры электрическое сопротивление гигрометра может быть измерено мостом переменного тока.

Следовательно, по принципу действия электролитические гигрометры с подогревным датчиком аналогичны гигрометрам точки росы. Преимуществом этих гигрометров является то, что нагрев датчика осуществить значительно легче и проще, чем охлаждение зеркала в гигрометрах точки росы.

Принцип действия конденсационного гигрометра основан на измерении количества конденсата, который скапливается на стеклянных поверхностях. Узкий луч света направляется на специальное охлаждаемое зеркало. Из-за воздействия света на нем начинают проявляться капли воды или кристаллы льда. Вмонтированный под зеркало электронный термометр замеряет показания, после чего преобразовывает их в значение относительной влажности воздуха.

Наиболее простым из гигрометров конденсаторного типа является гигрометр Ламбрехта (рисунок 4). Основной частью этого прибора является металлическая цилиндрическая камера с никелированной передней стенкой, окруженной таким же кольцом, ось которого занимает горизонтальное положение. Одно основание цилиндра сделано снаружи блестящим. В цилиндрической камере имеются отверстия, в одно из них вставляется термометр и через него, с помощью пипетки наливается эфир в таком количестве, чтобы жидкость покрывала шарик термометра; другое отверстие служит для выхода воздуха, в третье впаяна металлическая трубочка, доходящая почти до самого дна. При помощи резиновой груши в эту трубочку медленно вдувается воздух, который проходит через слой эфира. При быстром испарении эфира происходит охлаждение стенки камеры и при некоторой температуре, ниже комнатной, водяной пар, находящейся в прилегающем к стене слое воздуха, станет насыщенным и начнет конденсироваться на поверхности камеры.

Конденсационный гигрометр

1- металлическая коробка; 2- передняя стенка; 3- кольцо; 4 – теплоизолирующая прокладка; 5 – резиновая груша; 6 – термометрc

Рисунок 4 – Конденсационный гигрометр

Температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

В момент появления первых признаков росы (потускнение поверхности) прекращают продувание воздуха и быстро отсчитывают температуру t1 по термометру - точка появления росы. Через некоторое время потускнение начинает исчезать с поверхности 3 и в момент его исчезновения отсчитывают температуру t2 исчезновения росы. Обычно температура t1 немного ниже t2. За температуру точки росы берется среднее из этих двух отсчетов.

Точку росы определяют не менее 5 раз и рассчитывают ее среднее значение. Абсолютная влажность φ определяется из таблицы зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры точки росы (tср). Максимальная влажность определяется по той же таблице, но при комнатной температуре. Зная абсолютную и максимальную влажность, находим по формуле относительную влажность.

Конденсационный гигрометр – точный прибор, который славится высокой точностью измерений. Его использование позволяет получать точные данные о микроклимате в помещении. Современные версии устройства оснащены дисплеем, на который выводятся полученные показания. Ввиду особого принципа действия прибора результат довольно точен, а погрешность – минимальна.

Керамический гигрометр (рисунок 5) чаще всего используется для контроля влажности в жилых помещениях. Он отличается довольно простой конструкцией, а принцип его работы основан на механических действиях. Твердая или пористая керамическая масса, в состав которой также входят металлические элементы, имеет электрическое сопротивление. Его уровень напрямую зависит от влажности в помещении. Для правильного функционирования механического гигрометра керамическая масса должна состоять из некоторых окислов металла. Причем в качестве основы используется глина, кремний и каолин.

Керамический гигрометр

Рисунок 5 – Керамический гигрометр

Керамический гигрометр основан на измерении уровня электрического сопротивления поверхности из глины или керамики прохождению электричества сквозь нее (твердой и пористой поверхности). Этот уровень сопротивления также имеет свойство изменяться в зависимости от влажности окружающего воздуха.

Электронный (цифровой) гигрометр - также известный как домашняя цифровая метеостанция. Принцип работы цифровых гигрометров (рисунок 6) строится на постоянном измерении состояния воздуха в помещении. Прибор функционирует от электросети или бытовой батарейки. Внутри гигрометра находится датчик, который фиксирует изменения концентрации влаги в комнатном воздухе.

Все измеряемые параметры микроклимата отображаются на дисплее прибора, информация обновляется в режиме реального времени.

Электронный гигрометр

Рисунок 6 – Электронный гигрометр

Психрометрический гигрометр - основан на взаимодействии между собой «сухого» и «влажного» термометров (рисунок 7). В приборе установлены два термометра которые закреплены на общей шкале. Один из термометров называется влажным, он обмотан батистовой тканью, которая погружена в резервуер с водой, расположенный на тыльной стороне прибора. Ткань намокает, а затем влага начинает испаряться, тем самым охлаждая «влажный» термометр. Чем ниже влажность воздуха в помещении, тем ниже будут показания термометра.

Психрометр

Рисунок 7 – Психрометр

Чтобы высчитать процент влажности воздуха на психрометре, следует в таблице на приборе (в психрометрической таблице) найти значение температуры воздуха согласно показаниям термометров и найти разницу значений на пересечении показателей.

3. Нормируемые параметры микроклимата

Существуют определенные требования к параметрам микроклимата для жилых и общественных зданий. Параметры, которые характеризуют микроклимат в помещениях:

Согласно ГОСТ 30494-2011 принята следующая классификация помещений:

Оптимальные и допустимые параметры микроклимата в обслуживаемой зоне помещений жилых (в том числе общежитий), детских дошкольных учреждений, общественных, административных и бытовых зданий следует принимать для соответствующего периода года в пределах значений параметров, приведены в таблице 1.


Таблица 1 - Параметры микроклимата
Период года Наименование помещения Температура воздуха, °С Относительная влажность, % Скорость движения воздуха, м/с
оптимальная допустимая оптимальная допустимая оптимальная допустимая
Холодный Жилая комната 20-22 18-24 45-30 60 0,15 0,2
Жилая комната в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92 минус 31 °С и ниже) 21-23 20-24 45-30 60 0,15 0,2
Кухня 19-21 18-26 Не нормируется Не нормируется 0,15 0,2
Туалет 19-21 18-26 Не нормируется Не нормируется 0,15 0,2
Ванная, совмещенный санузел 24-26 18-26 Не нормируется Не нормируется 0,15 0,2
Помещение для отдыха и учебных занятий 20-22 18-24 45-30 60 0,15 0,2
Межквартирный коридор 18-20 16-22 45-30 60 Не нормируется Не нормируется
Вестибюль, лестничная клетка 16-18 14-20 Не нормируется Не нормируется Не нормируется Не нормируется
Кладовые 16-18 12-22 Не нормируется Не нормируется Не нормируется Не нормируется
Теплый Жилая комната 22-25 20-28 60-30 65 0,2 0,2

4. Методы и средства снижения влажности

Поддерживать влажность воздуха на оптимальном уровне – неотъемлемая задача большинства климатических систем. Существует три основных метода осушения воздуха – ассимиляция, адсорбция и конденсация.

Ассимиляция – данный метод основан на физической способности теплого воздуха удерживать большее количество водяных паров по сравнению с холодным. Указанный метод реализуется средствами вентиляции с предварительным подогревом свежего воздуха схема работ представлена на рисунке 9.

Схема осушения с помощью обогрева и вентиляции

1 - воздух снаружи; 2- воздухозаборник; 3 – вентилятор; 4 – нагревательный элемент; 5 – теплый воздух

Рисунок 9 – Схема осушения с помощью обогрева и вентиляции

Данный метод в ряде случаев (бассейны, погреба, складские помещения, гальванические цеха и т.п.) является недостаточно эффективным в силу двух причин.

Способность поглощения воздухом водяных паров ограничена и не постоянна, будучи зависима от времени года, температуры и абсолютной влажности атмосферного воздуха.

Рассматриваемый метод характеризуется повышенным энергопотреблением в связи с наличием безвозвратных потерь явного (расходуемого на подогрев приточного воздуха) и скрытого (содержащегося в удаляемых с воздухом парах воды) тепла. Следует отметить, что скрытая часть тепла (энтальпии), определяемая теплотой испарения воды, составляет значительную долю общих потерь. С каждым килограммом влаги при этом теряется 580 ккал (2,4 мДж).

Адсорбционный метод - основан на сорбционных (влагопоглощающих) свойствах некоторых веществ сорбентов, схема представлена на рисунке 10. Имея пористо капиллярную структуру с химическим импергированием, сорбенты извлекают водяной пар из воздуха. По мере насыщения сорбента влагой эффективность осушения снижается. Поэтому сорбент нужно периодически регенерировать, т.е. выпаривать из него влагу путем продувания потоком горячего воздуха.

Адсорбционный метод

1 - фильтр; 2 - влажный воздух; 3 - ротор; 4 - осушенный воздух; 5 - вентилятор; 6 – регенерирующий воздух; 7 – нагревательный элемент; 8 - горячий регенерирующий воздух; 9 - влажный регенерирующий воздух

Рисунок 10 – Адсорбционный метод

К недостаткам рассматриваемого метода, как и в предыдущем случае, относится повышенное энергопотребление в связи с наличием безвозвратных потерь явного и скрытого тепла. При этом следует отметить, что в данном случае осуществляется нагрев относительно небольшого количества воздуха, около 25-30% от количества воздуха, циркулирующего в основном контуре, до значительно более высоких температур (порядка 150 °С). К недостаткам также относится ограниченный срок службы сорбента, особенно в случае использования солей лития, подверженных вымыванию при отклонении от номинальных технологических режимов работы. Более практичным является использование силикагеля на стекловолоконном носителе.

Конденсационный метод - основан на конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, на поверхностях испарителя с низкой температурой. По сути осушитель воздуха представляет собой кондиционер, в котором не реализована функция отвода тепла из помещения схема представлена на рисунке 11.

Пары воды конденсируются на поверхности испарителя и удаляются. Любой осушитель воздуха конденсационного типа работает с перегревом воздуха в помещении, так как прокачиваемый воздух последовательно проходит испаритель и конденсатор. При этом с воздуха изымается скрытая и явная теплота (то есть, воздух соответственно охлаждается и осушается), далее воздух перегревается как раз на ту самую скрытую теплоту.

Конденсаторное осушение

1 - влажный воздух; 2 - фильтр; 3 - испаритель; 4 – сливной поддон; 5 – емкость для конденсата; 6 – осушенный и охлажденный воздух; 7 - конденсатор; 8 - вентилятор; 9 – осушенный и нагретый воздух

Рисунок 11 – Конденсаторное осушение

Также вносят свою лепту в нагрев воздуха вырабатываемое компрессором и вентиляторами тепло, в результате чего возможно повышение температуры воздуха на подаче с осушителя на 4—6 °C, что, в свою очередь, некритично для помещений с большим объёмом, но может быть существенным для маленьких помещений.

5. Осушитель воздуха

В качестве осушителя – прибора для снижения влажности воздуха был выбран элемент Пельтье.

Элемент Пельтье - это термоэлектрический преобразователь (рисунок 12), который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье – возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока. Причем надо понимать, что термоэлектрический модуль Пельтье снижает температуру одной стороны, относительно другой, т.е. чтобы холодная сторона имела более низкую температуру, необходимо отводить тепло от горячей поверхности, снижая ее температуру. Для увеличения перепада температур, возможно последовательное (каскадное) соединение модулей.

Существует минимальная единица модуля – термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа. При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте.

Элемент Пельтье


Рисунок 12 – Элемент Пельтье

В результате, участок полупроводника, примыкающий к n-p переходу, будет охлаждаться, а противоположный участок – нагреваться. Если поменять полярность тока, то на оборот, n-p участок будет нагреваться, а противоположный – охлаждаться (рисунок 13).Существует и обратный эффект -при нагревании одной из сторон термопары, вырабатывается электрический ток.

Термопара


Рисунок 13 – Термопара

Для практического применения энергии поглощения тепла одной термопары недостаточно. В термоэлектрическом модуле используется много термопар. Электрически их соединяют последовательно. А конструктивно – так, что охлаждающие и нагревающие переходы расположены на разных сторонах модуля (рисунок 14).

Конструктивная схема элемента Пельтье


Рисунок 14 – Конструктивная схема элемента Пельтье

Термопары установлены между двух керамических пластин. Соединяются они медными шинами. Количество термопар может доходить до нескольких сотен. От их количества зависит мощность модуля. Разность температур между горячей и холодной стороной модуля Пельтье в зависимости от подаваемого напряжения, а так же эффективного отвода тепла от горячей стороны, по техническим характеристикам может достигать 70 °C.

К достоинству такого термопреобразователя можно отнести:

К недостаткам можно отнести то что модули Пельтье – капризные устройства, что сопряжено с выполнением ряда требований по эксплуатации, не выполнение которых ведет к деградации модуля(снижению КПД) или выходу из строя.

Так как модули выделяют значительное количество тепла то необходимо, обеспечить отвод тепла - должен быть установлен соответствующий радиатор. Иначе:

При работе модуля Пельтье источник питания должен обеспечивать ток с пульсациями не более 5%. При более высоком уровне пульсаций эффективность модуля снижается, приблизительно на 30-40%. Недопустимо, для регулирования мощности на элементе Пельтье, использовать ШИМ модуляцию.

Так же недопустимо, для управления элементом Пельтье, использовать релейные регуляторы. Это приведет к быстрой деградации модуля. Каждое включение – выключение вызывает деградацию полупроводниковых термопар. Из-за резких изменений температуры между пластинами модуля возникают механические напряжения в местах спайки с полупроводниками. Производители элементов Пельтье нормируют количество циклов старт-стопов модуля. Для бытовых модулей это порядка 5000 циклов. Релейный регулятор выведет из строя модуль Пельтье за 1-2 месяца.

Следует учитывать, что элемент Пельтье обладает высокой теплопроводностью между поверхностями. При выключении, тепло радиатора горячей стороны, через модуль будет передаваться на холодную сторону.

На практике для питания элемента Пельтье используют источник напряжения. Он проще в реализации. Но вольт-амперная характеристика модуля Пельтье нелинейная и крутая. Т.е. при небольшом изменении напряжения ток меняется значительно. Вдобавок, характеристика меняется при изменении температуры поверхностей модуля. Надо стабилизировать мощность, т.е. произведение тока через модуль на напряжение на нем. Охлаждающая способность элемента Пельтье напрямую связана с электрической мощностью.

Напряжение модуля зависит от количества термопар в нем. Чаще всего это 127 термопар, что соответствует напряжению 16 В. Разработчики элементов рекомендуют подавать до 12 В, или 75% Umax. При таком напряжении обеспечивается оптимальная эффективность модулей.

Модули имеют герметичное исполнение, их можно использовать даже в воде. Полярность модуля отмечена цветами проводов – черный и красный. Как правило, красный (положительный) провод расположен справа, относительно холодной стороны.

6. Традиционная система водоснабжения

Водный канал - искусственный водоток, предназначенный для сокращения водных маршрутов или для перенаправления потока воды.

Северский Донец – Донбасс – уникальное гидротехническое сооружение, созданное в 1958 году, предназначено для водоснабжения крупного индустриального региона. Технически канал представляет собой сложный комплекс различных по назначению водохозяйственных, гидротехнических и энергетических сооружений. Он берет свое начало из реки Северский Донец, в районе поселка Райгородок, и заканчивается Верхнекальмиусским резервным водохранилищем в пригороде Донецка. Общая протяженность канала — 131,6 км, из них 101,4 км — открытый канал, 30,2 км — дюкеры, трубопроводы насосных станций и закрытый участок канала.

На всем протяжении канала расположено 4 станции подъема которые позволяют поднять воду из места водозабора, высота около 62м, к потребителям, высота около 240м, в момент реконструкции в 2009 году старые насосы были заменены на насосы типа 52В-11, производительностью 22320 м3/ч, напор создаваемый насосом 87м, мощность насоса 7500 кВт.ч, данные насосы были установлены в количестве пяти штук на каждой из станций подъема для обеспечения городов и районов донецкой области с численностью населения 4,3 млн людей.

В данный момент численность населения снизилась до 2,2 млн людей. Так для обеспечения текущих потребностей населения в работе используется до трех насосов, суммарная потребляемая мощность насосов составляет 90000 кВт*ч.

7. Потенциал осушения воздуха

Для работы установки требуется электрическая энергия, произведем расчет количества затрачиваемой энергии. По hd-диаграмме теоретически рассчитаем количество сконденсированной влаги на холодной стороне модуля. На hd-диаграмме влажного воздуха процесс охлаждения воздуха изображается лучами. На практике охлаждение воздуха осуществляют при помощи теплообменников. Если влажный воздух в теплообменнике охлаждается ниже точки росы, то процесс охлаждения сопровождается выпадением конденсата из воздуха на поверхности теплообменника, и охлаждение воздуха сопровождается его осушкой.

Для расчетов находим первоначальные параметры воздуха, при текущих температуре и влажности в помещении, определяем это при помощи цифрового гигрометра, сравниваем с эталонными – полученными с помощью психрометрического гигрометра. В результате сравнения значений получена разница 1% влажности, что в пределах допустимой погрешности.

Влажность составила 52%, температура 21 °С по полученным данным определим положение точки В1 с влагосодержанием d1. Далее опускаем отрезок до точки насыщения = 100% (точка В2)и далее по линии = 100 % опускаемся до температуры холодной стороны модуля Tх=2 °С определяем параметры в точке В3 данные точки показаны на рисунке 15.

hd диаграмма


Рисунок 15 – hd диаграмма

Расход холода на охлаждение воздуха от состояния В1 до состояния В3 определяется из выражения:

где:
G- массовый расход воздуха, кг/ч;
h1, h3 - энтальпия воздуха кДж/кг;
с – теплоемкость воздуха, (при 21 °С = 1,005) кДж/кг·°С.
q – плотность теплового потока на её поверхности.

Количество конденсата Wк, кг/ч, образующегося при осушке воздуха от состояния В1 до состояния В3, определяем как:

Для работы установки используется кулер от системы охлаждения ПК, по техническим характеристикам которого, объем перекачиваемого воздуха составляет 20,56 CFM (Cubic Feet per Minute – кубический фут в минуту). В переводе на объемный расход V выраженный в м3/мин:

Тогда массовый расход воздуха составит:

где:
V - объемный расход воздуха, м3/ч;
ρ - плотность воздуха, (при 21 °С = 1,2041) кг/м3;

Количество влаги которая сконденсировалась:

Для получения рассчитанного ранее объема сконденсировавшей влаги необходимо затратить:

Итоговое потребление составило 114,1 Вт электрической энергии.

Сравним ранее полученные результаты.

Существуют нормы потребления воды человеком 330 литров в сутки норма потребления на 1 человека. Для подачи такого объема жидкости (0,33 м3) необходимо затратить:

Для создания разности температур, а значит и снижения температуры на холодной стороне модуля, с горячей стороны отводится тепло которое возможно полезно использовать например для нагрева теплоносителя-воды.

Определим сколько возможно максимально полезно использовать тепла:

Тогда в денежном эквиваленте получаем:

где ЦГкал- цена за потребление 1 Гкал, руб.

С использованием модуля Пельтье значительно (в 500 раз) возрастают расходы на электричество, а значит необходимо снизить эти затраты увеличив поверхность конденсации, расход воздуха через элемент, достичь максимального теплоотвода с горячей поверхности - путем использования более теплопроводящей термопасты, заменить вентилятор от ПК на более производительный вентилятор (например на вентилятор применяющийся для работы твердотопливных котлов).

Выводы

В результате анализа двух методов получения воды: традиционный – получение воды из рек, и конденсационный метод – при помощи установки включающую в себя модуль Пельтье, были проанализированы оба метода, выявлены особенности использования каждого, сильные и слабые стороны. Рассмотрен потенциал использования …. Метода с использованием модуля Пельтье. Установлены нормы потребления воды для одного человека которые составили 330 л/сутки и определены необходимые затраты электрической энергии на получение воды для двух случаев: при помощи насосов и модуля Пельтье. Таким образом затраты на электрическую энергии для перекачивания 330 л в сутки составили 443,7Вт, а для использования модуля Пельтье затраты составили 224,125кВт что является значительным по сравнению с традиционным.

Полученные результаты дают возможность понять, что использование модуля Пельтье в таком виде нежелательно, необходимо усовершенствование путем установки более производительного вентилятора, повышения температуры воздуха перед конденсацией, увеличения поверхности отводящей тепло, а так же поверхности на которой конденсируется водяной пар.

Список использованных источников

  1. Берлинер М. А. Измерения влажности. Изд. 2-е, перераб. и доп. М: «Энергия», 1973. - 400 с.
  2. Халиф А., Туревский Е.Н. Приборы для определения влажности М: «Энергия», 1995. — 44 с.
  3. Гигрометры [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://bboff.ru/gigrometr ....